Předmět Fyzika II (elektřina a magnetismus) (NOFY018)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu NOFY018 - Fyzika II (elektřina a magnetismus), Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

Elektrostatika. Elektrický proud a stacionární elektrické pole. Metodyřešení lineárních stacionárních obvodů. Stacionární magnetické pole.Kvazistacionární elektrické a magnetické pole. Metody řešení střídavýchobvodů. Nestacionární elektromagnetické pole. Dielektrické a magnetickévlastnosti látek. Elektrické transportní jevy.

Sylabus

1. Úvod. 2. Přehled vektorové analýzy. Skalární a vektorové veličiny, skalární a vektorová pole. Základní diferenciální operace (gradient, divergence, rotace). Integrální věty ( Gaussova a Stokesova věta). Klasifikace polí (pole potenciální a solenoidální). 3. Elektrostatika.Základní pojmy a zákonitosti elektrostatického pole ve vakuu: Elektrický náboj a jeho vlastnosti. Bodový náboj, hustota náboje. Coulombův zákon. Intenzita a potenciál elektrostatického pole. Gaussův zákon, Poissonova rovnice, Laplaceova rovnice. Důležité příklady.Elektrostatické pole vodičů: Základní experimenty, jev elektrostatické indukce. Základní úloha elektrostatiky. Kapacita, kondenzátor. Důležité aplikace.Elektrostatické pole v dielektriku: Polarizace dielektrika, vázané náboje. Gaussův zákon pro elektrostatické pole v dielektriku, vektor elektrické indukce. Materiálové vztahy, elektrická susceptibilita a permitivita.Energie a metody výpočtu silových účinků elektrostatického pole: Interakční energie soustavy bodových nábojů. Energie soustavy nabitých vodičů. Hustota energie elektrostatického pole. Síly působící na dipól. Vodivé a nevodivé těleso. 4. Elektrický proud a stacionární elektrické pole. Elektrický proud, hustota proudu, rovnice kontinuity. Stacionární elektrické pole. Ohmův zákon, elektrický odpor a elektrická vodivost. Stacionární elektrický obvod. Elektromotorické napětí, Kirchhoffova pravidla. Věta o energii ve stacionárních soustavách, Jouleův zákon. 5. Stacionární magnetické pole. Vektor magnetické indukce a jeho vlastnosti, Ampérův zákon pro magnetické pole ve vakuu. - Vektový potenciál, Biotův-Savartův vzorec. Magnetické pole v látkovém prostředí. Magnetická polarizace (magnetizace). Ampérův zákon v látkovém prostředí, intenzita magnetického pole. Materiálové vztahy, magnetická susceptibilita a permeabilita. Magnetický obvod, magnetostatické pole. Důležité aplikace. 6. Kvazistacionární elektrické a magnetické pole. Zákon elektromagnetické indukce. Vlastní a vzájemná indukčnost vodičů. Obecné vlastnosti kvazistacionárního pole. Kvazistacionární obvod, Kirchhoffova pravidla. Generace střídavého harmonického napětí, střídavé obvody. Energie a metody výpočtu silových účinků magnetického pole. Hustota energie magnetického pole. 7. Metody řešení obvodů. Lineární stacionární obvody, klasifikace střídavých obvodů, charakteristiky ustáleného a neustáleného stavu. Přímá aplikace Kirchhoffových pravidel, věta o superpozici, metody smyčkových proudů a uzlových napětí, Thévéniova věta. Vyjádření pravidel v komplexní symbolice. Metody řešení nesinusových obvodů. Fourierova analýza. Důležité aplikace. 8. Nestacionární elektromagnetické pole. Formulace Maxwellových rovnic. Energie a hybnost elektromagnetického pole. 9. Elektromagnetické vlny. Rovinná a kulová elektromagnetická vlna, její charakteristiky Komplexní reprezentace monochromatické vlny. Záření dipólu. Spektrální obory elektromagnetických vln, světlo. 10. Dielektrické a magnetické vlastnosti látek. Mikroskopická elektrická pole v látkách. Susceptibilita a permitivita nepolárních a polárních látek. Clausiův-Mosottiův vztah. Diamagnetismus atomů a molekul. Paramagnetismus atomů. Paramagnetismus kovů. Typy magnetického uspořádání, jeho fyzikální podstata. Spontánní magnetisace, permeabilita feromagnetik. Molekulární pole. Curieův-Weissův zákon. 11. Elektrické transportní jevy. Podmínky platnosti Ohmova zákona, pohyblivost nosičů elektrického proudu. Vodivost kovů a polovodičů. Charakteristiky vodivosti kovů, Drudeho teorie, Franzův-Wiedemannův vztah. Charakteristiky vodivosti polovodičů, vlastnosti přechodů p-n, tranzistor. Hallův jev. Termoelektrické jevy. Emise elektronů. Nasycený a nenasycený emisní proud, Langmuirův vztah, princip elektronky. Měrná a molární vodivost kapalin. Elektrolýza, Faradayovy zákony. Elektrodové potenciály, galvanické články. Nesamostatná vodivost plynů, charakteristiky základních typů samostatné vodivosti, podmínky pro zapálení doutnavého výboje, Paschenův zákon. Franckův-Hertzův pokus.

Literatura

/ 1/ B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus, Academia , Vydavatelství Karolinum Praha 1993 / 2/ B. Sedlák, R. Bakule: Elektřina a magnetismus (skriptum), SPN Praha 1986. / 3/ R. Bakule a kol.: Příklady z elektřiny a magnetismu (skriptum), SPN Praha 1991. / 4/ J. Brož a kol.: Základy fyzikálních měření I. SPN Praha 1983. / 5/ I. Štoll, B. Sedlák: Přehled vektorové analýzy ( Doplňkový text OZVF, sv.3.) MFF UK Praha 1991. / 6/ D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentals of physics, Wiley New York, 2001. (Český překlad vyd. Vutium, Prometheus, Brno, Praha 2000) / 7/ P. Čičmanec: Elektřina a magnetismus, Alfa, Bratislava 1979. / 8/ V. Hajko, J. Daniel-Szabó: Všeobecná fyzika, UPJŠ Košice 1974. / 9/ V. Hajko a kol.: Fyzika v experimentoch, Veda, Bratislava 1988. /10/ J. Brož, V. Roskovec: Základní fyzikální konstanty, SPN Praha 1987. /11/ J. Kvasnica: Teorie elektromagnetického pole, Academia Praha 1985. /12/ A. Stratton: Teorie elektromagnetického pole, SNTL Praha 1961. /13/ E. M. Purcell: Electricity and Magnetismus (Berkley Physics Course), vol. 2, McGraw-Hill New York 1965 (ruský překlad Nauka Moskva 1971). /14/ R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: The Feynman Lectures on Physics, vol. 1,2, Addison- Wesley, Reading 1964 (český překlad Fragment Havlíčkův Brod 2000). /15/ L. D. Landau, E. M. Lifšic: Teorija polja, Nauka Moskva 1967. /16/ K. Rektorys: Přehled užité matematiky, SNTL Praha 1963. /17/ A. Angot: Užitá matematika pro elektrotechnické inženýry, SNTL Praha 1960. /18/ Ch. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.

Garant

doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc.prof. RNDr. Petr Malý, DrSc.